HESS-bilde av binærparet PSR B-1259-63 / SS 2883. Bildekreditt: HESS. Klikk for å forstørre.
Binærparet PSR B-1259-63 / SS 2883 ligger omtrent 5000 lysår fjernt i generell retning av den sørlige halvkulekonstellasjonen Crux (Sør-korset). Duoen består av en pulsar (PSR B-1259) og en massiv blå gigant (SS 2883) innelåst i en vidt svingende dans som gjentar trinn hvert tredje år. Pulsars bane for den mer massive primæren er så eksentrisk at paret passerer innen 100 millioner kilometer ved nærmeste tilnærming, og de skiller seg omtrent ti ganger den avstanden på det lengste punktet. Under nærmeste tilnærming synker signalene fra pulsaren betydelig når den blir formørket av den massive blå giganten.
Observatører som brukte det 12,5 meter høye energisystemet stereoskopisk system (HESS) spilte inn parets dans under månefrie netter fra februar til april 2004, og tidsbestemte dem da pulsaren nærmet seg og gikk tilbake fra duoens nærmeste punkt. Astronomene fant at radiobølger fra pulsaren matchet med ultrahøy gammastråling som kom fra regionen.
I følge Felix Aharonian fra Max Plank Institute for Nuclear Physics, Heidelberg Germany, tillater dette binære systemet "online watch" av de ekstremt komplekse MHD (magnetohydrodynamiske) prosessene for å skape og avslutte den ultrarelativistiske pulsarvinden, så vel som partikkel akselerasjon ved relativistiske sjokkbølger, gjennom studiet av spektrale og tidsmessige karakteristikker av systemen med høy energi gamma-stråling. I denne forbindelse er det binære systemet PSR B1259-63 et unikt laboratorium for å utforske fysikken til pulsarvindene. ”
Pulsaren ble først oppdaget av et team med astronomer i 1992 ved bruk av Parkes radioteleskop i Australia. Dens magnetiske stråle orienterer seg mot jorden 20 ganger i sekundet. I tillegg til radioutslipp, sender pulsaren røntgenbilder - på forskjellige energinivåer - gjennom hele sin bane. Disse røntgenbildene antas å være et resultat av stråling som oppstår når pulsars magnetfelt samhandler med gasser frigitt av den ledsagerblå giganten.
Den blå giganten SS 2883 ble først oppdaget å være en følgesvenn med pulsaren i 1992. Den er ti ganger solens masse, men har høye temperaturer og en raskt brennende fusjonsmotor. Den roterer veldig raskt og sender ut materiale fra ekvator på sporadisk basis. I følge papiret ‘Discovery of the Binary Pulsar PSR B-1259-63… med H.E.S.S.’, “Være stjerner er kjent for å ha ikke-isotropisk stjernevind som danner en ekvatorial disk med forbedret masseutstrømning.”
Oppgaven fortsetter med å si at "tidsmålinger tyder på at disken er tilbøyelig med hensyn til baneplanet ..." en slik banehelling fører til at "pulsaren krysser disken to ganger i nærheten av periastron." Og det er ved disse kryssene at ting virkelig blir tilberedt når pulsars magnetfelt begynner å samhandle med ladede partikler i det motsatte sjokkområdet i den stellare ejecta.
Som et resultat sies dette systemet å være en 'binær plerion' der “Det intense fotonfeltet som ledsagerstjernen leverer ikke bare spiller en viktig rolle i avkjøling av relativistiske elektroner, men også fungerer som det perfekte målet for produksjon av høye -ergi-gammastråler gjennom invers Compton (IC) -spredning. ” Felix utvider denne oppfatningen ved å si at “pulsaren ikke er isolert, men ligger i et binært system nær en kraftig optisk stjerne. I dette tilfellet, på grunn av interaksjon med den stjernevinden under høyt gasstrykk, avsluttes pulsarvinden i det binære systemet der magnetfeltet er ganske høyt (ca. 1 G, dvs. 10.000 til 100.000 ganger større enn i standard-plerioner). På grunn av den optiske stjernens tilstedeværelse lider elektronene alvorlige tap under interaksjoner (Compton-spredning) med stjernelys. Dette gjør levetiden til elektronene veldig kort, 1 time eller mindre. Højenergi-gamma-stråler kan produseres også ved interaksjon av elektroner (og kanskje også protoner) med den tette gassen på den stjernede disken (også på ganske korte tidsskalaer!). "
Som en binær plerion viser stjernesystemet en omfattende energisignatur basert på pulsars eksentriske bane og brede variasjoner i tettheten av omkretsstjerne-materie rundt SS 2883 som den samhandler med. I nærheten av periastron, den "kalde" pulsarvinden som samspiller med det omgivende plasma, avsluttes med dannelsen av en relativistisk sjokkbølge som igjen akselererer partikler til ekstremt høye energier, 1 TeV eller mer. Varme i disse partiklene blir deretter ‘avkjølt’ når fotoner slår fast bevegelige elektroner og positroner. Denne inverse Compton-spredningseffekten bærer energi ved å forsterke fotonfrekvenser vilt. Enkelt sagt blir fotoner med "synlig lys" med lav energi økt til mye høyere energinivå - noen oppnår terra-elektron volt-området i det øvre gammastråle / det nedre kosmiske stråledomenet.
I mellomtiden når pulsaren beveger seg bort fra den primære stjernen, møter den færre og færre ladede partikler, i mellomtiden faller også tettheten av synlige lysfotoner fra den sentrale stjernen av. Når dette skjer reduseres spredning av fotoner og synkrotronstråling begynner å dominere. På grunn av dette begynner røntgenstråler på lavere nivå å dominere energisignaturen til systemet når pulsaren bremser og beveger seg bort fra stjernen.
Endelig er det to perioder i pulsarenes bane der den krysser ekvatorialplanet til den blå gigantens omkretsstjerneskive. Disse overgangspunktene kan resultere i opprettelse av mange superenergi-fotoner, elektroner, positroner og til og med noen protoner. Når det skapes relativt akselererte partikler, samhandler de igjen med et område som er i stand til å gyte en mengde andre partikler som er i stand til å bryte ned til høyenergi-fotoner og andre partikler.
Fra papiret publisert 13. juni 2005, "Frem til nå er den teoretiske forståelsen av dette komplekse systemet, som involverer pulsar og stjernevind som interagerer med hverandre, ganske begrenset på grunn av mangelen på begrensende observasjoner." Men nå på grunn av IACTS (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes) som H.E.S.S., er astronomer nå i stand til å løse mange nye nærpunktkilder for høyenergi-gammastråler fra andre systemer som PSR B-1259-63 / SS 2883.
I PSR B-1259-63 / SS 2883-systemet ser det ut til at naturen har gitt astronomer - og fysikere - sin helt egen versjon av en superhøy energi partikkelakselerator - en som heldigvis er godt inneholdt og i trygg avstand fra Jorden.
Skrevet av Jeff Barbour
